Наука вдохновленная природой

Наука
вдохновленная
природой
(Бионика)
Лепешенко Татьяна Ивановна
Преподаватель химии и биологии
ГБОУ НПО РО ПУ № 61
г. Новошахтинск Ростовская область
Цели урока
Образовательные: сформировать знания о применении
природных явлений в технике и архитектуре, изучить
применение свойств, функций и структур живой природы
в архитектуре и технике;
Воспитательные: воспитывать чувство гордости за
Российскую науку, любознательность обучающихся к
применению природных явлений в современной жизни;
Развивающие: развивать эстетические представления и
художественный вкус, способность запоминать и
воспроизводить заученный материал, четко
формулировать свои мысли.
История развития
Отцом бионики считается Леонардо да Винчи. Именно он,
впервые, решил смастерить летальный аппарат,
вдохновившись полетом птиц. До него еще был Икар,
описанный в древнегреческих мифах. Но это скорее
мечта, а вот легендарный изобретатель решил претворить
ее в жизнь. До наших дней дошли его чертежи со
всевозможными схемами устройства махолета. Правда,
его изобретение в воздух так и не поднялось, но первый
шаг был сделан. А официальное зарождение бионики как
науки произошло в 1960 году. Тогда состоялся первый
симпозиум по данной теме.
Взятое человеком у природы
Человек перенял у природы очень многое, если не сказать
все. Умение разводить огонь, прятаться в норку от
непогоды, хранить пищу про запас, маскироваться под
окружаю среду и еще много других вещей, о которых мы
знаем так давно, что уже и не задумываемся об их
появлении в нашей жизни.
С тех пор, благодаря бионике, в нашей жизни появилось
множество замечательных вещей.
Самые интересные из них:
Архитектурная бионика.
Яркий пример Архитектурностроительной бионики-полная
аналогия строения стеблей
злаков и современных
высотных сооружений. Стебли
злаковых растений способны
выдерживать большие
нагрузки и при этом не
ломаться под тяжестью
соцветия.
Если ветер пригибает их к
земле, они быстро
восстанавливают вертикальное
положение. В чем же секрет?
Оказывается, их строение
сходно с конструкцией
современных высотных
фабричных труб-одним из
последних достижений
инженерной мысли.
Олимпийский объект- спорт
комплекс в Лужниках
«Дружба». По форме он как
бы напоминает краба.
Создатели руководствовались
не столько внешним
сходством, сколько
использовали принцип
пространственной
механической работы формы.
Инженеры в одной
конструкции, в олимпийском
крытом стадионе, соединили
умение природы пользоваться
напряженными мембранами и
ловкость паука, ткущего
радиально-кольцевую
систему своей паутины. Ведь
стальные листы расположили
именно по кольцевой
системе.
Густаф Эйфель в 1889
году построил чертеж
Эйфелевой башни.
Конструкция Эйфлевой
башни основана на
научной работе
швейцарского
профессора анатомии
Хермана фон Мейера.
За 40 лет до
сооружения парижского
инженерного чуда
профессор исследовал
костную структуру
головки бедренной
кости в том месте, где
она изгибается и под
углом входит в сустав.
И при этом кость
почему-то не ломается
под тяжестью тела.
Это здание в Дубае.
Они построены по
аналогии строения тела
змеи, и даже повторяют
её движения.
Ребристая форма листа
манжетки, бука,
лапчатки придает им
дополнительную
жесткость, прочность и
устойчивость в
пространстве.
Например, лист
манжетки благодаря
ребристой форме
удерживает тяжелую
каплю воды и не
сминается под ее
тяжестью.
Это поиск новых
архитектурных форм,
отличающихся
красотой и гармонией,
и создание новых
рациональных
конструкций с
использованием
удивительных свойств
строительного
материала живой
природы.
Бионика и дизайн
Паутина – необычайно легкий,
экономичный сетчатый материал;
Пчелиные соты, воск;
Муравьиное гнездо- принцип его
построения напоминает о
зданиях, возводимых людьми.
Мягкая мочалка - ее
необычайный узор подходит для
изготовления прочных и
одновременно элегантных
конструкций, которые, например,
можно использовать как большие
емкости для перевозки воды или
масла;
Клеточная мембрана и т.п.
Бионика широко
используется в
современном дизайне
интерьеров.
Такое использование
происходит в двух
направлениях заимствование чисто
внешней формы и
построение механизмов,
сооружений, мебели на
основании
закономерностей,
«подсмотренных» у
природы.
Бионика в технике
Благодаря изучению
гидродинамических
особенностей китов и рыб,
удалось создать особую
обшивку торпед, которая
при той же мощности
двигателя обеспечивает
повышение скорости на 20
— 25%.
Реактивное движение,
используемое в самолетах,
ракетах и космических
снарядах, свойственно
также головоногим
моллюскам – осьминогам,
кальмарам, каракатицам.
Наибольший интерес для
техники представляет
реактивный движитель
кальмара.
Дельфины имеют систему
звуковых сигналов. Сигналы
двух типов: эхолокационные
(сонарные), служат животным
для исследования обстановки,
обнаружения препятствий,
добычи и «щебеты» или
«свист», для коммуникации с
сородичами, также
выражающие эмоциональное
состояние дельфина.
Летучие мыши обнаруживают
предметы, преграждающие им
путь, испуская неслышимые
для человека звуки и
улавливая их эхо, отражённое
от предметов. До открытия
ультразвуковой эхолокацией
предполагалось, что летучие
мыши обладают
экстрасенсорным
восприятием.
Бионический принцип положен и в
основу конструкции снегоходной
машины «Пингвин». Она полностью
оправдывает свое название. Как
движутся по рыхлому снегу
пингвины? На брюхе, отталкиваясь
от снега ластами, как лыжными
палками. Так же, лежа на снегу
днищем, скользит по поверхности
снега и «Пингвин» механический.
Удивительно, сколь сложной
навигационной системой наделены
некоторые рыбы и птицы, которым
приходится преодолевать тысячи
километров во время миграций.
Изучение этого феномена
способствует разработке
высокочувствительных систем
слежения, наведения и
распознавания объектов. Не
случайно бионика вызывает
пристальный интерес у военных.
Большинство исследований в этой
области финансируется
управлениями ВВС и ВМС.
В последние годы бионика
подтверждает, что большинство
человеческих изобретений уже
"запатентовано" природой. Такое
изобретение XX века, как
застежки "молния" и "липучки",
было сделано на основе
строения пера птицы. Бородки
пера различных порядков,
оснащенные крючками,
обеспечивают надежное
сцепление.
Другое знаменитое
заимствование сделал
швейцарский инженер Джордж
де Местраль в 1955 году. Он
часто гулял со своей собакой и
заметил, что к ее шерсти
постоянно прилипают какие-то
непонятные растения. Устав
постоянно чистить собаку,
инженер решил выяснить
причину, по которой сорняки
прилипают к шерсти.
Исследовав феномен, де
Местраль определил, что он
возможен благодаря маленьким
крючкам на плодах дурнишника
(так называется этот сорняк). В
результате инженер осознал
важность сделанного открытия и
через восемь лет запатентовал
удобную «липучку»
Многие растения и животные
обладают способностью
«чувствовать» некоторые явления
природы и её воздействие, которые
человек даже не замечает. Медузы
воспринимают эти колебания. В
результате изучения данного
явления был сконструирован
прибор, позволяющий определить
направление шторма и силу задолго
до его начала (примерно за 15
часов).
Исследователи из Bell Labs
обнаружили, что в глубоководных
морских губках содержится
оптоволокно, по свойствам очень
близкое к самым современным
образцам волокон, используемых в
телекоммуникационных сетях.
Ученые были поражены тем,
насколько близкими оказались
структуры природных оптических
волокон к тем образцам, что
разрабатывались в лабораториях.
Основоположник
современной
аэродинамики Н.
Е. Жуковский
тщательно изучил
механизм полёта
птиц и условия,
позволяющие им
парить в воздухе.
На основании
исследования
полёта птиц
появилась авиация.
Перспективы бионики
От того на сколько разумно
и бережно мы будем
сегодня пользоваться
созданиями мастерской
природы, зависит не только
материальное
благополучие людей на
Земле, но и развитие
творческой мысли
человека, развитие
техники, искусства и всего
прогресса на Земле
Выводы
Природа открывает перед инженерами и
учеными бесконечные возможности по
заимствованию технологий и идей. Раньше
люди были не способны увидеть то, что
находится у них буквально перед носом, но
современные технические средства и
компьютерное моделирование помогает хоть
немного разобраться в том, как устроен
окружающий мир, и попытаться скопировать
из него некоторые детали для собственных
нужд.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ